【摘要】：HIV-1對(duì)靶細(xì)胞的侵染是由病毒包膜糖蛋白(Env)介導(dǎo)的。Env上的gp120對(duì)CD4受體的結(jié)合觸發(fā)了Env構(gòu)象改變,使得Env從功能性“封閉”狀態(tài)轉(zhuǎn)到更“開放”的構(gòu)象,但是有關(guān)gp120分子的詳細(xì)構(gòu)象轉(zhuǎn)換機(jī)制目前尚不清楚。針對(duì)gp120的動(dòng)力學(xué)行為的研究,盡管目前已有諸多報(bào)導(dǎo),但是這些研究主要集中于gp120的核心結(jié)構(gòu),研究結(jié)果無(wú)法全面解釋gp120構(gòu)象變化與其功能的關(guān)系。本文通過(guò)同源模建技術(shù)構(gòu)建了接近全長(zhǎng)的處于CD4結(jié)合前(本文稱之為unliganded gp120)和結(jié)合后(稱之為CD4-bound gp120或bound gp120)兩種構(gòu)象狀態(tài)的gp120結(jié)構(gòu)模型,并進(jìn)一步使用多副本分子動(dòng)力學(xué)模擬方法比較了二者在結(jié)構(gòu)、幾何性質(zhì)、構(gòu)象柔性、大尺度協(xié)同運(yùn)動(dòng)和自由能圖譜上的差異。基于串聯(lián)平衡模擬軌跡的幾何性質(zhì)比較結(jié)果表明,在模擬過(guò)程中,bound gp120的主體結(jié)構(gòu)(即除V1/V2區(qū)域之外結(jié)構(gòu))比unliganded gp120顯得更為穩(wěn)定和緊湊;局部構(gòu)象柔性比較結(jié)果表明,兩種狀態(tài)gp120的外部結(jié)構(gòu)域具有非常相似的構(gòu)象柔性,內(nèi)部結(jié)構(gòu)域中的V1/V2區(qū)域在bound gp120上表現(xiàn)出顯著更高的構(gòu)象柔性,而其它區(qū)域則在unliganded gp120上具有更高的構(gòu)象柔性;本質(zhì)動(dòng)力學(xué)分析得到的最顯著運(yùn)動(dòng)揭示,兩種狀態(tài)gp120通過(guò)不同結(jié)構(gòu)區(qū)域在波動(dòng)幅度和運(yùn)動(dòng)方向上的差異影響gp120的構(gòu)象,例如,unliganded gp120外部結(jié)構(gòu)域的順時(shí)針渦輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)域下半部分的內(nèi)向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的下半部分相互靠近,這一運(yùn)動(dòng)方式可能會(huì)促進(jìn)橋片層的形成以及unliganded狀態(tài)向bound狀態(tài)的構(gòu)象轉(zhuǎn)換;而bound gp120中核心結(jié)構(gòu)的順時(shí)針渦輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)域、外部結(jié)構(gòu)域以及橋片層相互靠近,這可能有利于維持CD4結(jié)合空腔的穩(wěn)定。此外,bound gp120中V3環(huán)外向移動(dòng)可能會(huì)有利于輔助受體的結(jié)合。組合本質(zhì)動(dòng)力學(xué)分析、構(gòu)象空間采樣分析和自由能圖譜重構(gòu)結(jié)果均表明,bound gp120比unliganded gp120具有更大的構(gòu)象熵、更豐富的構(gòu)象多樣性和更低的熱穩(wěn)定性。通過(guò)綜合比較兩種狀態(tài)gp120在靜態(tài)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)行為以及自由能圖譜上的差異,我們認(rèn)為V1/V2區(qū)域在unliganded和bound gp120結(jié)構(gòu)中的不同空間取向可能是導(dǎo)致二者動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和能力學(xué)性質(zhì)差異的關(guān)鍵因素。gp120在bound狀態(tài)下復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為和豐富的構(gòu)象子狀態(tài)一方面可能會(huì)通過(guò)構(gòu)象屏蔽效應(yīng)干擾抗體的識(shí)別和結(jié)合,另一方面,還可能有利于Env四級(jí)結(jié)構(gòu)環(huán)境中g(shù)p120與gp41之間的信息傳遞,從而觸發(fā)gp41穿膜螺旋束的形成而完成對(duì)宿主細(xì)胞的侵染。我們的研究揭示了unliganded和bound狀態(tài)gp120在構(gòu)象柔性、分子運(yùn)動(dòng)和自由能圖譜上的差異,這對(duì)深入理解gp120結(jié)構(gòu)-動(dòng)力學(xué)-功能間的關(guān)系具有重要意義,同時(shí)也為抗HIV-1藥物和疫苗的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供了理論上的指導(dǎo)。此外,為了獲得更為全面的gp120構(gòu)象空間采樣,本文還探索了一種增強(qiáng)采樣技術(shù)—并行回火-調(diào)和元?jiǎng)恿W(xué)(parallel tempering in well-tempered ensemble;PT-WTE)模擬在gp120上的運(yùn)用,并使用概率密度函數(shù)重構(gòu)了gp120的自由能圖譜。通過(guò)比較在多副本分子動(dòng)力學(xué)模擬和PT-WTE模擬構(gòu)象采樣基礎(chǔ)上所構(gòu)建的自由能圖譜,我們發(fā)現(xiàn),雖然兩種構(gòu)象采樣方法都采得了較充分的構(gòu)象,但是在PT-WTE模擬中可觀察到更多的跨越局部自由能能壘的構(gòu)象轉(zhuǎn)換事件,因而PT-WTE能夠得到分辨率更高的、更為完整的自由能圖譜。這一探索性研究為實(shí)驗(yàn)室后續(xù)有關(guān)蛋白質(zhì)自由能圖譜的研究奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

SIV和HIV的系統(tǒng)發(fā)育樹(引自維基百科)

HIV病毒顆粒示意圖
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R512.91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2594144